Mejorando la eficiencia del litio

De acuerdo con las tendencias ambientales globales, la UE está presionando fuertemente a las industrias para que se vuelvan ecológicas. Todo el mundo entiende que el cambio climático está aquí y causado principalmente por las emisiones de CO2, donde el sector del transporte es el responsable del 26% de todas las emisiones de gases de efecto invernadero y, dentro de él, el 77% lo genera el transporte por carretera.

Debido a estos factores, el sector automotriz ha cambiado su enfoque hacia los vehículos electrónicos (EV). Sin embargo, hay una falta de ventas debido a las preocupaciones de los consumidores, incluido el hecho de que no tendrán suficiente autonomía para satisfacer sus necesidades, ya que actualmente se utilizan materiales dentro de las baterías de iones de litio (LIB), que son la fuente de energía de los vehículos eléctricos. en su nivel máximo.

Además, la creciente demanda de vehículos eléctricos está provocando una gran cantidad de emisiones de CO2 durante la producción de baterías de iones de litio. Esto se puede mitigar si se aumenta la capacidad total y la vida útil de la batería.

El rendimiento de una LIB depende principalmente del material del ánodo de la batería. Actualmente, el grafito es el material de ánodo comercial más popular. Sin embargo, la capacidad relativamente baja del material limita su desarrollo posterior. Los materiales de ánodo a base de silicio (Si) son un candidato popular para la producción de baterías de iones de litio de próxima generación debido a su alta densidad de potencia.

El silicio es una alternativa al grafito como material de ánodo para la producción de baterías de iones de litio. Su capacidad específica teórica es de 4.212 mAh/g, mientras que la capacidad específica teórica del grafito es de 372 mAh/g.

Sin embargo, la alta capacidad inicial de los composites basados ​​en nanosilicio disminuye rápidamente con el ciclado, lo que se asocia con un aumento de su volumen de hasta tres a cinco veces durante la litiación-delitiación del silicio. Dicho hinchamiento conduce al agrietamiento del material del ánodo ya la interrupción del contacto con el colector de corriente.

Investigadores de diferentes países han propuesto muchas formas de mejorar la eficiencia de los ánodos basados ​​en nanosilicio.

Los mecanismos de degradación de LIB son complejos y dependen de varios factores, el principal de los cuales es la aglomeración de nanopartículas de silicio y sus cambios volumétricos, lo que lleva a la pérdida de contacto entre las nanopartículas de silicio y el material de carbono, lo que conduce a la degradación de LIB durante el ciclo.

La siguiente imagen muestra cómo el silicio se distribuye de manera desigual en el material de carbono y forma aglomerados de hasta 300 nm de tamaño.

Nuestro equipo propuso un método original para la síntesis de nanocompuestos de silicio y carbono mediante exfoliación por microondas (MW).

Desarrollo de tecnología para la síntesis por microondas de nanocompuestos de silicio-carbono y equipamiento tecnológico para su implementación

Eligiendo un precursor, parámetros operativos de radiación MW, composición y presión de la mezcla gaseosa argón-monosilano, fue posible sintetizar compuestos de silicio-carbono con:

Ventajas conclusión

Las ventajas del método MW para la síntesis de compuestos de silicio-carbono (n-Si@MLG) son las siguientes:

2. La posibilidad de obtener composites que contengan n-Si en un amplio rango de concentraciones (del 5 al 80%). Esto hace posible sintetizar materiales anódicos para LIB con las características deseadas; y3. La síntesis MW de compuestos de silicio y carbono se lleva a cabo en una etapa y tiene una alta velocidad con un rendimiento del 100% del producto objetivo.

Esto simplificará significativamente la tecnología para obtener n-Si@MLG de una composición determinada para la producción de baterías de iones de litio y aumentará la productividad mediante la creación de una línea de producción.

La exfoliación por microondas de C2F∙xR en una atmósfera de monosilano (SiH4) permitió obtener estructuras a partir de MLG con una distribución uniforme de nanopartículas de silicio de un tamaño determinado en el espacio interlaminar del grafeno.

Las ventajas de utilizar el producto Adianano en LIBs

Estas ventajas antes mencionadas aseguran la estabilidad del material compuesto contra el agrietamiento cuando el volumen de silicio cambia durante el ciclismo (trampolín) y, en consecuencia, la estabilidad a largo plazo de la operación LIB.

Se ha desarrollado una nueva tecnología para la síntesis por microondas de compuestos de silicio-carbono para LIB. Una característica distintiva es un proceso de un solo paso en el que la exfoliación del precursor (difluoruro de grafito) bajo la acción de la radiación MW conduce a la descomposición del monosilano y la formación de nanopartículas de silicio en las capas de grafeno.

Un resultado importante de la investigación es la capacidad de controlar las propiedades del producto objetivo: el contenido de masa de silicio en el compuesto, el tamaño de las nanopartículas de silicio, su composición de fase y distribución en el espacio entre capas de grafeno multicapa.

Los parámetros principales del proceso (el tipo de intercalado, la presión de la mezcla de gases que contiene monosilano y la potencia y el tiempo de exposición a la radiación MW) se seleccionan en función de las propiedades requeridas del producto objetivo.

El método propuesto para la síntesis de nanocompuestos de silicio y carbono proporciona un rendimiento del 100 % del producto objetivo, no requiere equipos complejos ni personal altamente calificado, y puede ampliarse y utilizarse en la producción industrial.

Tenga en cuenta que este artículo también aparecerá en la decimocuarta edición de nuestra publicación trimestral.

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